Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen, insbesondere von aus Brennkraftmaschinen austretenden Abgasen Es ist bereits eine grosse Zahl von Vorschlägen bekanntgeworden, durch welche die unangenehmen Wirkungen der Auspuffgase von Brennkraftmaschi- nen beseitigt werden sollen. Einige dieser Vorschläge laufen in der Hauptsache darauf hinaus, eine Nach verbrennung der noch unverbrannten Kohlenstoffteile zu erzielen, wozu man sie in einem Behälter mit erwärmter Frischluft oder einem Gemisch von Luft und Wasserdampf zusammenbringt.
Auch ist es bekannt, die schädlichen Auspuffgase in einem Wasserbad zu kühlen und zu reinigen und durch Zusatz von Ozon und Frischluft zu verbessern.
Ferner hat man versucht, die Abgase zu verbren nen, indem man sie zuerst mit einem Oxydations mittel mischte, sodann die Verbrennung durch eine äussere Wärmequelle einleitete, um schliesslich diese Verbrennung durch Wärme fortzusetzen und auf rechtzuerhalten, die aus den brennenden Gasen unter dem Einfluss eines Katalysators entnommen wird.
Es wurde auch vorgeschlagen, zum Geruchlos machen und Entnebeln der Auspuffgase einen elek trischen Abscheider mit einem Adsorptionsmittel kombiniert anzuwenden oder, gemäss einem weiteren Vorschlag, die Abgase an scheibenförmigen, kataly tisch wirkenden und als Elektroden ausgebildeten Körpern vorbeizuführen, sie durch hochfrequente elektrische Wechselfelder in hochfrequente Schwin gungen zu versetzen und einer Oberflächenverbren nung zuzuführen.
Alle diese Vorschläge haben bisher in der Praxis nicht zu dem gewünschten Erfolg und damit zu einer Anwendung in grösserem Massstab geführt, trotzdem die rasch fortschreitende Motorisierung in den Gross städten auf diesem Gebiet dringende Abhilfe erfor dert. Bei der unvollständigen Verbrennung von Mit tel- oder Schwerölen in schlecht eingestellten Ölhei- zungen, Verbrennungskraftmaschinen usw. entstehen unangenehm riechende und giftige Abgase neben einer mehr oder weniger starken Rauchentwicklung. Es ist daher eines der Ziele der Erfindungen, die Giftwirkung und Geruchsbelästigung zu verringern, indem die ungesättigten Verbindungen, Thiokörper und ähnliche zerstört werden.
Durch die Anwendung von Ozon mit oder ohne eine darauffolgende Nach verbrennung lassen sich ungesättigte Verbindungen in gesättigte überführen, und auch Thioverbindun- gen können durch Oxydation in ungiftige und nicht mehr schlecht riechende Verbindungen übergehen.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, die Reinigung von Abgasen aller Art, insbesondere von aus Brennkraftmaschinen austretenden Abgasen, un ter Zufuhr von Frischluft durch ein Verfahren zu erreichen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abgase mit unter Einwirkung eines elektrischen Hochspannungsfeldes gebildetem Ozon angereichert werden, zum Zweck, die im Abgas enthaltenen brenn baren Stoffe praktisch vollständig zu oxydieren.
Dieses Verfahren kann so ausgeführt werden, dass das aus Abgas und Frischluft gebildete Gemisch unter Einwirkung eines elektrischen Hochspannungs feldes mit Ozon angereichert wird. Gegebenenfalls kann das mit Ozon angereicherte Gemisch aus Abgas und Frischluft unter Funkenüberschlag gezündet wer den.
Es hat sich aber auch als vorteilhaft erwiesen, die Ozonisierung der Frischluft unter Einwirkung eines elektrischen Hochspannungsfeldes schon vor der Gemischbildung mit dem Abgas durchzuführen. Hiedurch wird der Vorteil erzielt, dass die Frischluft in beliebigem Masse mit Ozon' angereichert und ge gebenenfalls auch verdichtet werden kann, bevor sie dem Abgas beigemengt wird. Es ergeben sich ferner aus dieser Massnahme konstruktive Vorteile, da gege benenfalls das Ozonisieren der Frischluft an beliebiger Stelle und die Beimengung der Frischluft zum Abgas an einer andern Stelle erfolgen kann.
Dies bezieht sich nicht nur auf Brennkraftmaschinen in Kraft fahrzeugen, sondern auch auf Stabilanlagen und Feuerungen aller Art, z. B. in Fabriken.
Das vorliegende Patent umfasst auch eine Vor richtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem Hohlkörper mit getrennten Zufuhröffnungen für Ab gas und Frischluft und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlkörper Mittel für die Gemischbildung und Mittel für die Bildung eines Hochspannungsfel des vorgesehen sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird unter Be zugnahme auf mehrere in den Zeichnungen darge stellte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung im folgenden beispielsweise beschrieben.
In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung ist eine bei spielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, bei welcher der Fahrtwind die beizumischende Frischluft liefert.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine andere Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes, bei welcher zur Frischluftversorgung ein Gebläse vorgesehen ist.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, bei wel cher die Ozonisierung der Luft vor dem Mischen mit Abgas erfolgt.
Im einzelnen stellt in der Zeichnung Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie I-I in Fig. 3 dar. Die Fig. 2 und 3 zeigen Quer schnitte nach den Linien II-II bzw. III-III in Fig. 1, und Fig. 4 stellt das Schnittbild gemäss einem nach der Linie IV-IV in Fig. 1 bzw. 2 konzentrisch zum Mantel geführten Schnitt dar.
Fig. 5 zeigt die zweite Ausführungsform im Längs schnitt nach der Linie V-V in Fig. 6. Fig. 6 stellt einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5 dar, und Fig.7 zeigt das Schnittbild gemäss eines nach der Linie VII-VII in den Fig. 5 bzw. 6 kon zentrisch zum Mantel geführten Schnittes.
Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch eine abgeänderte beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Hohlkörper 1 mit einem Zufüh rungsrohr 2 für die einströmenden Abgase. Dieses Zuführungsrohr besitzt einen erweiterten Teil 3, wel cher in einem von dem innern Endteil 4 des Hohl körpers gebildeten Raum 5 endet.
Das bei Vorwärts fahrt in der Fahrtrichtung gelegene vordere Ende des Hohlkörpers 1 ist zu einem Fangtrichter 6 für Frischluft erweitert. Zwischen dem erweiterten Teil 3 und der Wand des Hohlkörpers 1 sind, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, Stege 7 angeordnet, welche die Wände von Luftstrahldüsen 8 bilden, die unter einem spitzen Winkel gegen die Rohrachse<B>A -A</B> in den Raum 5 einmünden. In einem an den Hohlkörper 1 anschliessenden zylindrischen Rohr 9, das beispiels weise aus feuerfester Keramik bestehen kann, ist mittels dreier Stege 10 ein in Strömungsrichtung sich verengendes Metallrohr 11 konzentrisch befestigt.
Die Stege 10 können hierbei auf irgendeine Weise an der Rohrwand befestigt sein. In der Rohrachse ist eine Stabelektrode 12 angeordnet, die durch Me tallstützen 13 in der Wand des Rohres 9 befestigt ist. Das Rohr 9 weist an seinem freien Ende einen Ansatz 14 zur Verbindung mit einem Schalldämpfer 15 auf. Zur Erzeugung des Hochspannungsfeldes zwischen der Stabelektrode 12 und dem die zweite Elektrode bildenden Metallrohr 11 ist ein Induktions apparat 16 vorgesehen, der in der Zeichnung durch das Schaltbild schematisch angedeutet ist. Die Hoch spannungswicklung des Induktionsapparates ist durch Leitungen 17, 18 mit den Elektroden 11 bzw. 12 verbunden.
Bei einer andern, in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrich tung weist der Hohlkörper 1 mit dem Zuführungs rohr 2 und dem erweiterten Teil 3 sowie der innere Endteil 4 des Hohlkörpers 1 die gleiche Form wie bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Bauart auf. Zwi schen dem erweiterten Teil 3 und dem Hohlkörper 1 sind Leitstege 21 angeordnet, welche die Wände von schräg zur Rohrachse<B><I>A -A</I></B> in den Raum 5 mün denden Luftkanälen 22 bilden.
Die durch ein Metall rohr 11 und einen Metallstab 12 gebildeten Elektroden haben die gleiche Form wie bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Bauart- und sind in einem an den Hohlkörper 1 anschliessenden, aus Metall bestehen den Rohr 23 angeordnet, welches durch einen Ansatz 14 mit einem Schalldämpfer 15 bekannter Art ver bunden ist. Die Elektrode 12 ist durch Metallstäbe 13', welche in Durchführungsisolatoren 24, 25 durch die Wand des Metallrohres 23 geführt sind, an die sem gehaltert. Der Induktionsapparat 16 ist durch eine Leitung 17 mit der isolierten Elektrode 12 ver bunden. Der zweite Pol und das Metallrohr 23 und damit auch die Elektrode 11 sind gemeinsam mit dem Minuspol der Batterie wie üblich an Masse an geschlossen.
Für die Zufuhr von Frischluft ist ein Motorgebläse 26 vorgesehen. Statt eines Induktions apparates kann als Hochspannungsstromquelle auch die für die Zündanlage des Verbrennungsmotors ver wendete Zündspule, z. B. in Verbindung mit der Zündlichtmaschine, benutzt werden, die auch den Strom zum Betrieb des in Fig. 5 angedeuteten Ge bläses für die Frischluft liefert.
Die Auspuffgase strömen in der durch die Pfeile a angedeuteten Richtung in den Raum 5, wo sie mit den aus den Düsen 8 (Fig. 1 bis 4) bzw. Luftkanälen 22 (Fig. 5 bis 7) schräg tangential eintretenden Frisch luftstrahlen unter Verwirbelung vermischt und an schliessend in das Elektrodenrohr 11 getrieben wer den. Die Frischluft wird durch den Abgasstrahl injek- torartig angesaugt. Die Frischluftmenge kann durch Ausnutzung des Fahrwindes bei Fahrzeugen und ins- besondere durch Verwendung eines Gebläses (26 in Fig. 5) besonders wirksam erhöht werden.
Zwischen den Elektroden 11 und 12 besteht ein hochfrequentes Hochspannungswechselfeld, durch welches Sauerstoffteilchen der Frischluft aufgespal ten werden und sich an andern Sauerstoffteilchen unter Ozonbildung anlagern. Hiedurch wird eine fast völlige Oxydation der im Abgas enthaltenen brenn baren Stoffe bewirkt. Auch kann man es so einrich ten, dass an den einander zunächst liegenden Teilen der beiden Elektroden zusätzlich zur Ozonbildung Hochspannungsfunken übertreten, welche, abgesehen von der verstärkten Ozonisierung des Gemisches, dieses zur Entzündung bringen. Damit können unan genehme Aldehyde und giftiges Kohlenmonoxyd che misch durch Oxydation mittels Ozon entgiftet wer den.
Auch können Russteilchen oxydiert werden, die sich zum Beispiel infolge der Verwendung von min derwertigeren Kraftstoffen, besonders bei Diesel motoren, in den Abgasen befinden. Dies ermöglicht, dass die die Vorrichtung verlassenden Abgase geruch- und russfrei bzw. auch frei von giftigen Beimengun gen sind.
Nach einer abgeänderten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung können auch im Hohlkörper der Vorrichtung die Elektroden eines an sich bekannten, beliebigen Ozonisators angeordnet und dabei in Berührung mit dem vorbeiströmenden Gemisch stehend verwendet werden.
Ferner kann man den Hohlkörper, mindestens aber den Teil desselben, in welchem ein Hochspan nungsfeld gebildet wird, mit einem Mantelrohr um geben, durch welches die im Hohlkörper gebildete Wärme zu Kühlungs- oder Heizzwecken abgeführt werden kann.
Die in Fig. 8 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Hohlkörper 31, der zwei getrennte Einlassöffnungen 32 und 33 für die Abgase und für Frischluft sowie eine Austrittsöffnung 34 für das behandelte Gasgemisch aufweist. Die Frischluft gelangt nach Durchströmen eines Krümmers 35 in eine Kammer 36, in der sie einer Anreicherung mit Ozon unter Einwirkung eines Hochspannungsfeldes unterworfen wird. In dieser Kammer sind zum Bei spiel Elektroden in Form eines konischen Rohres 37 und eines Stabes 38 angeordnet und an ihren Befesti gungsstellen von ihren Trägern elektrisch isoliert.
Die Mündung in die Mischkammer 39 kann düsen- förmig ausgebildet sein, so dass die Frischluft bei Anwendung eines entsprechenden Druckes in Form eines Strahls in die Mischkammer eintritt.
Die Mischkammer 39 ist mehrteilig ausgeführt, und zwar ist das Abteil 40 durch eine Trennwand 41 vom Abteil 42 der Kammer getrennt.
Das Abgas, das durch die Öffnung 32 in den Hohlkörper 31 gelangt, strömt durch Öffnungen 43 in das Mischkammerabteil 40 in Form von einzelnen kreisförmig verteilten Strahlen, die auf die Trenn wand 41 auftreffen. Das Aufprallen sowohl der Ab gase als auch der Frischluftstrahlen auf die Trenn- wand 41 hat eine innige Vermischung der beiden Medien zur Folge. Die Trennwand 41 kann als Trä ger einer Zündvorrichtung 44 beliebiger Art dienen oder selbst als solche ausgebildet sein.
Die Achsen der Eintrittsöffnungen 43 für das Abgas in das Mischkammerabteil 40 befinden sich auf dem Mantel eines gedachten Kegels, dessen Spitze S', in Strömungsrichtung gesehen, auf der Haupt achse des Hohlkörpers jenseits der Trennwand 41 liegt.
Die Trennwand 41 weist selbst Durchtrittsöffnun- gen 45 auf, deren Achsen sich vorzugsweise auf dem Mantel eines gedachten Kegels befinden, dessen Spitze S" auf der Achse des. Hohlkörpers, in Strömungs richtung gesehen, vor der Trennwand liegt.
Eine düsenförmige Erweiterung bzw. Verengung aller Durchtrittsöffnungen ist u. U. zweckmässig. Die beschriebene Vorrichtung wirkt nicht nur im Sinne einer Beseitigung der unangenehmen, oft gesundheitsschädlichen Bestandteile von Abgasen aller Art, sondern auch als schalldämpfendes Organ, z. B. bei Kraftfahrzeugen. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung auch mit einem Schalldämpfer beliebiger Bauart zu einer Baueinheit ausgebildet sein.
Die Zündvorrichtung 44 für das mit Ozonan gereicherte Gasgemisch kann im zweiten Mischkam- merabteil 42 angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass infolge der intensiven Mischung im ersten Abteil 40 die Verbrennung im zweiten Abteil gleichmässiger und vollständiger erfolgen wird.
Es ist besonders zweckmässig, die Trennwand 44 sowie den Einsatz für die Elektroden aus hitzebestän diger Keramik herzustellen.
Bei durchgeführten Untersuchungen der beschrie benen Vorrichtungen wurden folgende Ergebnisse erzielt, wobei ein Zweitakt-Dieselmotor der Type Jenbach, zwei Zylinder, 26-PS-Leistung, untersucht wurde: Die Abgasanalyse ergab bei gut eingestelltem Motor einen Gehalt von 0,012<B>Oh,</B> Kohlenmonoxyd, bei schlecht eingestelltem Motor 0,05 bis 0,18 % Kohlenmonoxyd. Die Auspufftemperatur betrug 400 bis 500p C, und das Verhältnis der den Auspuff gasen zugeführten Luft schwankte zwischen 1 : 1 bis 1 : 1,5.
Zur Ozonisierung der Abgase bzw. der zu geführten Frischluft wurde ein Ozonisator von Sie mens, 40 mm Durchmesser, mit einer Spannung von 30 000 bis 35 000 V verwendet, der etwa 3 0/a Ozon, bezogen auf das zugeführte Luftvolumen, erzeugt.
Die Messung der Lichtdurchlässigkeit des Ab gases wurde mittels einer Elektrooptik bzw. einem Nephelometer von Lange, Berlin, durchgeführt.
Das zur Verbrennung gelangende Dieselöl hatte einen Schwefelgehalt von 1,8 O/o, so dass sich die ent stehende Menge an Schwefeltrioxyd als ausserordent lich dichter Nebel auswirkte. Nachgewiesenermassen bildeten sich Thiöphene, Kohlenoxydsulfid (COS) und ähnliche Verbindungen, welche durch das Ozon oxydiert werden.
Beim Einschalten des Ozonisators trat jedoch zunächst eine 1,4fache Rauchdichtever- mehrung auf, die durch crackähnliche Vorgänge an den Seitenketten der C-Verbindungen, teilweise auch durch Umwandlung des S02 in S03 zu erklären sind.
Sodann wurden in einer Quarzröhre (20 mm Durchmesser) von der einen Seite die auf Zimmer temperatur gekühlten Gase, im Gegenstrom von der andern Seite die ozonisierte bzw. nichtozonisierte Luft zugeführt und zur Vermischung gebracht. Der eine Teil des _ Quarzrohres wurde in einem Elektro ofen auf einer konstanten Temperatur von 700 C gehalten. Die so behandelten Gase durchströmen so dann das Reaktionsrohr. Nach einer neuerlichen Kühlung auf Zimmertemperatur wurden die Gase durch die Messkammer des Nephelometers gesaugt und die Rauchdichte gemessen. Diese Versuche er gaben eine restlose Verbrennung aller festen Teil chen.
Es ergibt sich somit, dass mit Hilfe dieses Ver fahrens die giftigen oxydierbaren Bestandteile aus den Abgasen entfernt und anschliessend auch die unverbrannten Kohlenstoffteilchen einer vollständi gen Verbrennung zugeführt werden können. Die aus tretenden Abgase waren völlig geruchlos.
Grundsätzlich kann die beschriebene Vorrichtung, die vorstehend in bezug auf die Anwendung bei Brennkraftmaschinen beschrieben worden ist, bei allen Arten von Feuerungen für die Reinigung der austretenden Abgase, z. B. in Schornsteinen aller Art, angewendet werden.